通信電子線路講義PPT課件

1、 諧振頻率諧振頻率: :電阻電阻R RL L的接入系數(shù)的接入系數(shù): :1120.5CpCC等效到回路兩端的電導等效到回路兩端的電導: : 121215C CCCpFCC0145.972fMHzLC解：解： 回路電容回路電容: :2515 10LLgpsR 電感的損耗電導電感的損耗電導: : 6000143.3 10LgsQ電阻電阻R R等效電導等效電導: : 43111010 10gsRC2C1gLLCg0g第1頁/共69頁回路總電導為回路總電導為 465031043.3 105 100.1933 10Lggggs 回路諧振電阻為回路諧振電阻為 15.17pRkgC2C1gLLCg0g第2頁/

2、共69頁3.2 晶體管的高頻小信號等效模型晶體管的高頻小信號等效模型雙口網絡雙口網絡: :具有兩個端口的網絡具有兩個端口的網絡四端網絡四端網絡外部結構與外部結構與雙口網絡雙口網絡相同相同, , 但對流入流出電流沒有但對流入流出電流沒有類似的規(guī)定類似的規(guī)定, , 這是兩者的區(qū)別。這是兩者的區(qū)別。端口端口: :指一對端鈕指一對端鈕, , 流入其中一個端鈕的電流總是等于流流入其中一個端鈕的電流總是等于流出另一個端鈕的電流。出另一個端鈕的電流。第3頁/共69頁雙口網絡在每一個端口都有雙口網絡在每一個端口都有一個電流變量一個電流變量和和一個電壓變量一個電壓變量, , 因此共有四個端口變量。因此共有四個端

3、口變量。如設其中任意兩個為自變量如設其中任意兩個為自變量, , 其余兩個為應變量其余兩個為應變量, , 則共有則共有六種組合方式六種組合方式, , 也就是有也就是有六組六組可能的方程用以表明雙口網可能的方程用以表明雙口網絡端口變量之間的相互關系。絡端口變量之間的相互關系。 參數(shù)方程就是其中的一組參數(shù)方程就是其中的一組, , 它是選取各端口的電壓為自它是選取各端口的電壓為自變量變量, , 電流為應變量。電流為應變量。晶體管的高頻小信號等效電路主要有兩種表示方法：晶體管的高頻小信號等效電路主要有兩種表示方法：物理模型物理模型等效電路：混合等效電路：混合 參數(shù)等效電路。參數(shù)等效電路。網絡參數(shù)網絡參數(shù)

4、等效電路：等效電路：y 參數(shù)等效電路。參數(shù)等效電路。高頻中常采用高頻中常采用Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路。因晶體管是電流受控元件，輸入輸出因晶體管是電流受控元件，輸入輸出端都有電流，采用端都有電流，采用Y參數(shù)系較方便參數(shù)系較方便;另外很多導納的并聯(lián)可直接相加，使另外很多導納的并聯(lián)可直接相加，使運算簡單。運算簡單。第4頁/共69頁yiyoyru2yfu1+u1-+u2-i1i211211122122122Iy Uy UIy Uy U+U1-+U2-i1i2112212irfoIy Uy UIy Uy U設電壓設電壓u1和和u2為為自變量自變量， 電流電流i1和和i2為為參數(shù)量參數(shù)量，可得可得Y參數(shù)

5、系的約束方程：參數(shù)系的約束方程：晶體管晶體管Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路第5頁/共69頁1220oUIyU輸入短路時的輸出導納2110iUIyU輸出短路時的輸入導納由由上上可可求求出出各各Y參參數(shù)數(shù): 2210fUIyU輸出短路時的正向轉輸導納yiyoyru2yfu1+u1-+u2-i1i2112212irfoIy Uy UIy Uy U1220rUIyU輸入短路時的反向轉輸導納1第6頁/共69頁受控電流源受控電流源: yrU2 ：輸出電壓對輸入電流的控制作用（反向控制）：輸出電壓對輸入電流的控制作用（反向控制） yfU1 ：輸入電壓對輸出電流的控制作用（正向控制）：輸入電壓對輸出電流的控制作用

6、（正向控制） fe越大越大, 表示晶體管的放大能力越強；表示晶體管的放大能力越強； re越大越大, 表示晶體管的內部反饋越強。表示晶體管的內部反饋越強。 re的存在的存在, 對實際工作帶來很大危害對實際工作帶來很大危害, 是諧振放大器自是諧振放大器自激的根源激的根源, 同時也使分析過程變得復雜同時也使分析過程變得復雜, 因此應盡可能使其減因此應盡可能使其減小小, 或削弱它的影響?；蛳魅跛挠绊?。 yiyoyru2yfu1第7頁/共69頁共射電路共射電路 Y參數(shù)的物理意義參數(shù)的物理意義0 CUbbieUIy輸入導納輸入導納 輸入電壓對輸入電流的控制作用。輸入電壓對輸入電流的控制作用。0 CUbc

7、feUIy正向傳輸導納正向傳輸導納 輸入電壓對輸出電流的控制作用輸入電壓對輸出電流的控制作用0 bUcbreUIy反向傳輸導納反向傳輸導納 晶體管輸出電壓對輸入端的反作用晶體管輸出電壓對輸入端的反作用0 bUccoeUIy輸出導納輸出導納 輸出電壓對輸出電流的控制作用輸出電壓對輸出電流的控制作用第8頁/共69頁*對于對于共基接法共基接法，y參數(shù)用參數(shù)用 表示，則表示，則:eibebrbcbIy Uy UcfbebobcbIy Uy U*對于對于共集接法共集接法，y參數(shù)用參數(shù)用 表示，則表示，則:bicbcrcecIy Uy UefcbcocecIy Uy Uibrbfbobyyyy、icrcf

8、cocyyyy、第9頁/共69頁參數(shù)法從測量和使用的角度出發(fā)參數(shù)法從測量和使用的角度出發(fā), , 把晶體管作為一個把晶體管作為一個有源線性雙口網絡有源線性雙口網絡, , 用一組網絡參數(shù)構成其等效電路。用一組網絡參數(shù)構成其等效電路。優(yōu)點優(yōu)點：導出的表達式具有普遍意義：導出的表達式具有普遍意義, , 分析測量方便。分析測量方便。缺點：缺點：網絡參數(shù)與頻率有關。網絡參數(shù)與頻率有關。由于高頻小信號諧振放大由于高頻小信號諧振放大器相對頻帶較窄器相對頻帶較窄, , 一般僅需考慮諧振頻率附近的特性一般僅需考慮諧振頻率附近的特性, , 因而采用這種分析方法較合適。因而采用這種分析方法較合適。晶體管參數(shù)獲取方法：

9、晶體管參數(shù)獲取方法：測量、查閱晶體管手冊測量、查閱晶體管手冊。測量方法：分別使輸出端或輸入端交流短路測量方法：分別使輸出端或輸入端交流短路, , 在另在另一端加上一端加上直流偏壓和交流信號直流偏壓和交流信號, , 然后測量其輸入端然后測量其輸入端或輸出端的或輸出端的交流電壓和交流電流交流電壓和交流電流, , 代入式中可求。代入式中可求。第10頁/共69頁第三章CberbbCbcrbcrbeubercegm ubeeb rcerbcreeCbeCbcrbbrbecrccbgm ubePN結特性：結特性： 正偏正偏 R小小 C大大 反偏反偏 R大大 C小小 第11頁/共69頁:基區(qū)縱向電阻。幾十基

10、區(qū)縱向電阻。幾十 100 bb:結電阻。結電阻。較小較小 幾十幾十幾百幾百,b e026b eeI:結電容，結電容，較大較大，100pf500pf。 b eCb c:結電容，結電容，很小很小。2pf10pfb cCmb eg U/26mvmegIce:極間電容，極間電容，很小很小。 ceC發(fā)射結正偏發(fā)射結正偏集電結反偏集電結反偏:結電阻，結電阻，很大很大。100K100M:受控電流源，而受控電流源，而 ，稱為跨導，單位為，稱為跨導，單位為 S 。 :極間電阻，極間電阻，很大很大。幾十。幾十K 第12頁/共69頁 混合混合參數(shù)法是從模擬晶體管的物理機構出發(fā)參數(shù)法是從模擬晶體管的物理機構出發(fā), ,

11、 用集中參數(shù)元件、和受控源來表示管內的復雜關用集中參數(shù)元件、和受控源來表示管內的復雜關系。系。 優(yōu)優(yōu) 點點: : 各元件參數(shù)物理意義明確各元件參數(shù)物理意義明確, , 在較寬的頻在較寬的頻帶內元件值基本上與頻率無關。帶內元件值基本上與頻率無關。 缺缺 點點: : 隨器件不同而有不少差別隨器件不同而有不少差別, , 分析和測量分析和測量不方便。因而不方便。因而混合混合型等效電路法較適合于分析寬頻型等效電路法較適合于分析寬頻帶小信號放大器。帶小信號放大器。第13頁/共69頁第三章 f0 2/0 Tf f1第14頁/共69頁第三章第15頁/共69頁第16頁/共69頁45123R1R2ReyLCbCeC

12、B1B2TLEc3.2.1單調諧回路諧振放大器單調諧回路諧振放大器R1R2ReEc32154B1B2CLyLT輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路晶體管晶體管電路圖第17頁/共69頁45123R1R2ReyLCbCeCB1B2TLEc32154B1B2CLyLT第18頁/共69頁32154yieyoe yreuce yfeubeCyLLieLoefereieiyYyyyyYbebiuiYib+ube-iC+uce-LYbeLoefeceuYyyu YiSo：放大器的輸入導納：放大器的輸入導納Yi不僅與晶體管的輸入不僅與晶體管的輸入導納導納Yie有關，而且還與有關，而且還與放大器的負載放大器的負載Y

13、L有關。有關。原因：原因：Yre的存在的存在 第19頁/共69頁第三章yoeyfeubeyreuceyieYSyLYSyieyreuceyfeubeyoeCiSyfeubeyoeyreuceyieYS+ ceu Yo0icecosuiY Yo)(iesbecereoecebefecyYuuyyuuyi由由（2）式可得：）式可得：ceiesrebeuyyyu iC代代入入（1）式式得得：iesfereoeoyYyyyY + beu 第20頁/共69頁第三章yieyoeyreuceyfeubeoeoeoeieieieCjgyCjgy refejrerejfefeeyyeyy CiegiegoeCo

14、e第21頁/共69頁45213NpN12113NpN第22頁/共69頁第23頁/共69頁ouiuAu112-1feifeiop y up y uupYgjwCjwL其其中中：22122212ooeieoeieggp gp gCCp Cp C)ff2jQ1(gyppLj1CjgyppAoLfe21fe21u )(1 ()(11 ()1(11 (10021000212121LfefefefeujQgyppLLLCLgjgyppLjCjggyppLjCjgyppA第24頁/共69頁第三章)ff2jQ1(gyppLj1CjgyppAoLfe21fe21u 其中：第25頁/共69頁)21 (12121o

15、LfefeuffjQgyppLjCjgyppA歸歸一一化化電電壓壓增增益益為為： uouAA1B gCQoL CfffCfQCgooLo7 .07 .0422 Cf4yppgyppA7 . 0fe21fe21uo Lo7 . 0Qff2B 第26頁/共69頁第三章 oAA LoQffB7.021B第27頁/共69頁第三章Lo7.0Qff2B oAA 17 . 0f2 1 .0f2 第28頁/共69頁第三章2n22n20Ln0uun01u1u0nn11ff2Q11AAAAAA 2.3.2 多級單調諧放大器多級單調諧放大器則則有有： nunnunAAAA0101 Au1Au2Aun第29頁/共69

16、頁第三章令令nn1222212111 12n1 LonnnQffB12217 . 0 第30頁/共69頁第三章1100Qff2n1L01.0 121100Kn1n11.0 (2) n 級放大器的矩形系數(shù)級放大器的矩形系數(shù) 第31頁/共69頁可知可知: 級相同的單調諧放大器的級相同的單調諧放大器的總增益比單級放大器總增益比單級放大器的增益提高的增益提高了了, 而而通頻帶比單級放大器的通頻帶縮小通頻帶比單級放大器的通頻帶縮小了了, 且級數(shù)越多且級數(shù)越多, 頻帶越窄。頻帶越窄。 In another word：如多級放大器的頻帶確定以后：如多級放大器的頻帶確定以后, 級級數(shù)越多數(shù)越多, 則要求其中每

17、一級放大器的頻帶越寬。所以則要求其中每一級放大器的頻帶越寬。所以, 增益和通頻帶的矛盾是一個嚴重的問題增益和通頻帶的矛盾是一個嚴重的問題, 特別是對于要特別是對于要求高增益寬頻帶的放大器來說求高增益寬頻帶的放大器來說, 這個問題更為突出。這這個問題更為突出。這一特性與低頻多級放大器相同。一特性與低頻多級放大器相同。 第32頁/共69頁3.3 小信號諧振放大器的穩(wěn)定性小信號諧振放大器的穩(wěn)定性 共射電路由于電壓增益和電流增益都較大共射電路由于電壓增益和電流增益都較大, 所以是諧振放所以是諧振放大器的常用形式。大器的常用形式。 以上我們在討論諧振放大器時以上我們在討論諧振放大器時, 都假定了都假定了

18、反向傳輸導納反向傳輸導納re, 即晶體管單向工作即晶體管單向工作, 輸入電壓可以控制輸出電流輸入電壓可以控制輸出電流, 而輸出而輸出電壓不影響輸入。電壓不影響輸入。 實際上實際上re0, 即輸出電壓可以反饋到輸入端即輸出電壓可以反饋到輸入端, 引起輸入電引起輸入電流的變化流的變化, 從而可能引起放大器工作不穩(wěn)定。從而可能引起放大器工作不穩(wěn)定。 如果這個反饋足夠大如果這個反饋足夠大, 且在相位上滿足正反饋條件且在相位上滿足正反饋條件, 則會出則會出現(xiàn)自激振蕩?，F(xiàn)自激振蕩。 第33頁/共69頁要提高放大器的穩(wěn)定性：要提高放大器的穩(wěn)定性：（1）是從晶體管本身想辦法）是從晶體管本身想辦法, 減小其反向

19、傳輸導納減小其反向傳輸導納re值。值。 re的大小主要取決于集電極與基極間的結電容的大小主要取決于集電極與基極間的結電容bc選擇選擇晶體管時應盡量使其晶體管時應盡量使其bc減小減小, 使反饋容抗增大使反饋容抗增大, 反饋作用減弱。反饋作用減弱。（2）是從電路上設法消除晶體管的反向作用）是從電路上設法消除晶體管的反向作用, 使它單向化。使它單向化。 具具體方法有體方法有中和法中和法與與失配法失配法。 中和法中和法是在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個附加的是在晶體管的輸出端與輸入端之間引入一個附加的外部反饋電路（中和電路）外部反饋電路（中和電路）, 以抵消晶體管內部參數(shù)以抵消晶體管內部參數(shù)re的

20、反饋的反饋作用。由于作用。由于re的實部（反饋電導）通常很小的實部（反饋電導）通常很小, 可以忽略可以忽略, 所以常所以常常只用一個電容常只用一個電容N來抵消來抵消yre的虛部（反饋電容）的影響的虛部（反饋電容）的影響, 就可就可達到中和的目的。達到中和的目的。 第34頁/共69頁 放大器的穩(wěn)定系數(shù)放大器的穩(wěn)定系數(shù) 調諧放大器等效電路調諧放大器等效電路 iiUSUu S S越大，放大器越穩(wěn)定越大，放大器越穩(wěn)定. .對于一般放大器來說，對于一般放大器來說， 就可以認為是穩(wěn)定的。就可以認為是穩(wěn)定的。 5S 穩(wěn)定系數(shù)與電路參數(shù)的關系穩(wěn)定系數(shù)與電路參數(shù)的關系： （Page 29Page 29） 21

21、cosiesoeLferefereggggSyyiU將將輸入電壓輸入電壓 與與正正反饋電壓反饋電壓 的比值的比值定義為穩(wěn)定系數(shù)定義為穩(wěn)定系數(shù). .iU第35頁/共69頁 單調諧放大器的穩(wěn)定電壓增益單調諧放大器的穩(wěn)定電壓增益 什么是穩(wěn)定電壓增益？什么是穩(wěn)定電壓增益？ 不加任何穩(wěn)定措施，并滿足穩(wěn)定系數(shù)不加任何穩(wěn)定措施，并滿足穩(wěn)定系數(shù)S S（例如（例如 ）要求時，）要求時，放大器工作于諧振頻率的放大器工作于諧振頻率的最大電壓增益最大電壓增益。 5S 放大器的等效電路 第36頁/共69頁2212oeLieSPyYPyY21oeLieSyYPPyY則則 feuoeLieSyAyYyY當當回路諧振回路諧振

22、時，諧振電壓增益為時，諧振電壓增益為 feuooeLiesyAgggg將穩(wěn)定系數(shù)將穩(wěn)定系數(shù)S S式中的式中的 代入上式代入上式oeLiesgggg21cofeouicoeLiUUyUPAUUyYPU21 cosfeuosrefereyAS yu穩(wěn)定電壓增益結論結論: :根據穩(wěn)定系數(shù)的要求根據穩(wěn)定系數(shù)的要求( )( )確定確定 這是沒有這是沒有穩(wěn)定措施的情況下，允許的最高電壓增益。穩(wěn)定措施的情況下，允許的最高電壓增益。實際的電壓增益實際的電壓增益 ，則放大器穩(wěn)定。，則放大器穩(wěn)定。5S uosASuuAA00穩(wěn)定電壓增益與電路參數(shù)的關系穩(wěn)定電壓增益與電路參數(shù)的關系 第37頁/共69頁 放大器穩(wěn)定的

23、判斷放大器穩(wěn)定的判斷 （例題）例如，已知某晶體管在工作頻率為例如，已知某晶體管在工作頻率為 時，時， 。用其做放大器，若。用其做放大器，若 認為是穩(wěn)定的。可以計算：認為是穩(wěn)定的。可以計算： 10.7MHz26.436.4feyjms0.080.3reyjms5S 2226.436.445.0feyms36.45426.4fearctg 220.080.30.31reyms0.3750.08rearctg 3321cos245 1012.5250.31 101cos5475feuosrefereyAS y說明用該晶體管設計制作放大器，只要放大器電壓增益不大于說明用該晶體管設計制作放大器，只要放大

24、器電壓增益不大于12.5212.52，在沒，在沒有任何穩(wěn)定措施條件下，放大器是穩(wěn)定的。即滿足有任何穩(wěn)定措施條件下，放大器是穩(wěn)定的。即滿足 的要求的要求。 5S 第38頁/共69頁 1. 中和法中和法為了抵消為了抵消Yre的反饋的反饋, 從集電極回路取一與從集電極回路取一與 反相的電壓反相的電壓 , 通過通過Yn反饋到輸入端。反饋到輸入端。cUnU則中和條件為則中和條件為: : cbcbNCNNCUUC45214521第39頁/共69頁0 12032001212323211bcnnbcbcjLjLj Cj CLNCCCLN 則中和條件為則中和條件為: : 第40頁/共69頁12124545nb

25、cb cUNCCCUN第41頁/共69頁注意：注意：（1）由于）由于re是隨頻率而變化的是隨頻率而變化的, 所以固定的中和電容所以固定的中和電容N只能只能 在在某一個頻率點某一個頻率點起到起到完全中和完全中和的作用的作用, 對對其它頻率其它頻率只能有只能有部分中和部分中和作用作用, （2）又因為）又因為re是一個復數(shù)是一個復數(shù), 中和電路應該是一個由電阻和電容中和電路應該是一個由電阻和電容組成的電路組成的電路, 但這給調試增加了困難。但這給調試增加了困難。 （3）另外）另外, 如果再考慮到分布參數(shù)的作用和溫度變化等因素的如果再考慮到分布參數(shù)的作用和溫度變化等因素的影響影響, 中和電路的效果很有

26、限。中和電路的效果很有限。 第42頁/共69頁 失配法失配法通過增大負載電導通過增大負載電導L, 進而增大總回路電導進而增大總回路電導, 使輸使輸出電路嚴重失配出電路嚴重失配, 輸出電壓相應減小輸出電壓相應減小, 從而反饋到輸入端的電流從而反饋到輸入端的電流減小減小, 對輸入端的影響也就減小。對輸入端的影響也就減小。 可見可見, 失配法是用犧牲增益而換取電路的穩(wěn)定。失配法是用犧牲增益而換取電路的穩(wěn)定。 2. 失配法失配法失配法的實質失配法的實質：是降低放大器的電壓增益，以確保滿足穩(wěn)：是降低放大器的電壓增益，以確保滿足穩(wěn)定的要求定的要求。 第43頁/共69頁 用兩只晶體管按用兩只晶體管按共射共射

27、共基方式共基方式連接成一個復合管是經連接成一個復合管是經常采用的一種失配法。常采用的一種失配法。 由于由于共基電路的輸入導納較大共基電路的輸入導納較大, , 當它和輸出導納較小的當它和輸出導納較小的共射電路連接時共射電路連接時, , 相當于使共射電路的負載導納增大而失配相當于使共射電路的負載導納增大而失配, , 從而使共射晶體管內部反饋減弱從而使共射晶體管內部反饋減弱, , 穩(wěn)定性大大提高。穩(wěn)定性大大提高。 第44頁/共69頁3.4 3.4 電噪聲電噪聲 電子電路的輸出端與有用信號同時存在的一種隨機變化的電流電子電路的輸出端與有用信號同時存在的一種隨機變化的電流或電壓，沒有有用信號時，它也存在

28、?；螂妷?，沒有有用信號時，它也存在。 eg: :廣播的廣播的“沙沙沙沙”聲；電視的聲；電視的“雪花雪花” 背景或波紋線背景或波紋線, ,都是接都是接收機中的放大器和其它元器件存在噪聲的結果。收機中的放大器和其它元器件存在噪聲的結果。 噪聲對有用信號的接收產生了干擾噪聲對有用信號的接收產生了干擾, , 特別是當有用信號較弱時特別是當有用信號較弱時, ,噪聲的影響就更為突出噪聲的影響就更為突出, ,嚴重時會使有用信號淹沒在噪聲之中而無嚴重時會使有用信號淹沒在噪聲之中而無法接收。法接收。 噪聲的種類很多。有的是從器件外部竄擾進來的噪聲的種類很多。有的是從器件外部竄擾進來的, , 稱為稱為外部噪聲外部

29、噪聲；有的是器件內部產生的有的是器件內部產生的, , 稱為稱為內部噪聲內部噪聲。 本書只介紹內部噪聲。內部噪聲源主要有本書只介紹內部噪聲。內部噪聲源主要有電阻熱噪聲電阻熱噪聲、晶體管噪晶體管噪聲和場效應管噪聲聲和場效應管噪聲三種。三種。第45頁/共69頁3.4.1 電阻熱噪聲電阻熱噪聲 電阻熱噪聲是由于電阻內部自由電子的熱運動產生的。電阻熱噪聲是由于電阻內部自由電子的熱運動產生的。在運動中自由電子經常相互碰撞在運動中自由電子經常相互碰撞, 因而其運動速度的大小因而其運動速度的大小和方向都是不規(guī)則的。溫度越高和方向都是不規(guī)則的。溫度越高, 運動越劇烈。只有當溫運動越劇烈。只有當溫度下降到絕對零度

30、時度下降到絕對零度時, 運動才會停止。自由電子這種熱運運動才會停止。自由電子這種熱運動在導體內形成非常微弱的電流動在導體內形成非常微弱的電流, 這種電流呈雜亂起伏的這種電流呈雜亂起伏的狀態(tài)狀態(tài), 稱為稱為起伏噪聲電流起伏噪聲電流。起伏噪聲電流流過電阻本身就。起伏噪聲電流流過電阻本身就會在其兩端產生會在其兩端產生起伏噪聲電壓起伏噪聲電壓。 由于起伏噪聲電壓的變化是不規(guī)則的由于起伏噪聲電壓的變化是不規(guī)則的, 其瞬時振幅和其瞬時振幅和瞬時相位是隨機的瞬時相位是隨機的, 所以無法計算其瞬時值。所以無法計算其瞬時值。起伏噪聲電起伏噪聲電壓的平均值為零壓的平均值為零, 噪聲電壓不規(guī)則地偏離此平均值而起伏噪

31、聲電壓不規(guī)則地偏離此平均值而起伏變化。變化。 第46頁/共69頁第47頁/共69頁but: 起伏噪聲的均方值是確定的起伏噪聲的均方值是確定的, 可以用功率計測量可以用功率計測量出來。出來。 實驗發(fā)現(xiàn)：實驗發(fā)現(xiàn)：在整個無線電頻段內在整個無線電頻段內, 當溫度一定時當溫度一定時, 單位電阻上所消耗的平均功率在單位頻帶內幾乎是單位電阻上所消耗的平均功率在單位頻帶內幾乎是一個常數(shù)一個常數(shù), 即其功率頻譜密度是一個常數(shù)。即其功率頻譜密度是一個常數(shù)。對照白光對照白光內包含了所有可見光波長這一現(xiàn)象內包含了所有可見光波長這一現(xiàn)象, 人們把這種在整人們把這種在整個無線電頻段內具有均勻頻譜的起伏噪聲稱為個無線電頻

32、段內具有均勻頻譜的起伏噪聲稱為白噪白噪聲聲。 第48頁/共69頁功率譜密度功率譜密度第49頁/共69頁1) 熱噪聲電壓和功率譜密熱噪聲電壓和功率譜密度度2201( )lim( )TnnTu tu t dtT0( )PS f df22001( )lim( )( )TnnTu tu t dtS f dfTdttuTpTnT02)(1lim第50頁/共69頁( )4s fkTR阻值為的電阻產生的噪聲電壓功率頻譜密度為：阻值為的電阻產生的噪聲電壓功率頻譜密度為：2( )4nnu tkTR f2( )4nni tkTg f其中：其中：k是波爾茲曼常數(shù)是波爾茲曼常數(shù), k=1.3810-23JK; 是電阻

33、溫度是電阻溫度, 以絕對溫度計量。以絕對溫度計量。在頻帶寬度內產生的熱噪聲在頻帶寬度內產生的熱噪聲方均值電流和方均值電壓方均值電流和方均值電壓分分別為：別為： So: 一個實際電阻可以分別用一個實際電阻可以分別用噪聲電流源噪聲電流源或或噪聲電壓源噪聲電壓源表示。表示。fn：電路的等效噪聲帶寬：電路的等效噪聲帶寬第51頁/共69頁2( )4nnu tkTR f2( )4nni tkTg fRR u2ngi2n(a)(b)第52頁/共69頁22212124()nnnnuuukT RRf不能不能直接把噪聲電壓相加直接把噪聲電壓相加而只能而只能把產生噪聲的兩個源的功率相加（或者將兩個噪把產生噪聲的兩個

34、源的功率相加（或者將兩個噪聲電壓的方均值相加）：聲電壓的方均值相加）： 可見可見兩個串聯(lián)電阻所輸出的總噪聲電壓均方值相當兩個串聯(lián)電阻所輸出的總噪聲電壓均方值相當于兩個電阻串聯(lián)阻值所產生的熱噪聲。于兩個電阻串聯(lián)阻值所產生的熱噪聲。 在兩個噪聲源互不相關的在兩個噪聲源互不相關的條件下，計算兩個串聯(lián)電條件下，計算兩個串聯(lián)電阻的總噪聲電壓：阻的總噪聲電壓：第53頁/共69頁22221112( )()( )nnRututRR222121212( )( )( )4nnnnR Ru tututkTfRR22212212( )()( )nnRututRR可見可見兩個并聯(lián)電阻所輸出的總噪聲電壓方均值相兩個并聯(lián)電

35、阻所輸出的總噪聲電壓方均值相當于兩個電阻并聯(lián)阻值所產生的熱噪聲當于兩個電阻并聯(lián)阻值所產生的熱噪聲。（用電流源來推導）第54頁/共69頁 3.4.2 晶體管噪聲晶體管噪聲 晶體管噪聲主要包括以下四部分：晶體管噪聲主要包括以下四部分：. 熱噪聲熱噪聲 構成晶體管的發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的體電阻和引線電構成晶體管的發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)的體電阻和引線電阻均會產生熱噪聲阻均會產生熱噪聲, 其中以基區(qū)體電阻其中以基區(qū)體電阻rbb的影響為主。的影響為主。 .散粒噪聲散粒噪聲 散粒噪聲是晶體管的散粒噪聲是晶體管的主要噪聲源主要噪聲源。它是由單位時間內。它是由單位時間內通過通過PN結的載流子數(shù)目隨機起伏而造成的。

36、人們將這種結的載流子數(shù)目隨機起伏而造成的。人們將這種現(xiàn)象比擬為靶場上大量射擊時彈著點對靶中心的偏離現(xiàn)象比擬為靶場上大量射擊時彈著點對靶中心的偏離, 故故稱為散粒噪聲。在本質上它與電阻熱噪聲類似稱為散粒噪聲。在本質上它與電阻熱噪聲類似, 屬于均勻屬于均勻頻譜的白噪聲。頻譜的白噪聲。 發(fā)射結散粒噪聲其主要作用。發(fā)射結散粒噪聲其主要作用。S(f) =2qI0S(f) =4kTrbb第55頁/共69頁. 分配噪聲分配噪聲 在晶體管中在晶體管中, 通過發(fā)射結的非平衡載流子大部分到達集電結通過發(fā)射結的非平衡載流子大部分到達集電結, 形成形成集電極電流集電極電流, 而小部分在基區(qū)內復合而小部分在基區(qū)內復合,

37、 形成基極電流。形成基極電流。 這兩部分電流這兩部分電流的分配比例是的分配比例是隨機隨機的的, 從而造成集電極電流在靜態(tài)值上下起伏變化從而造成集電極電流在靜態(tài)值上下起伏變化, 產生噪聲產生噪聲, 這就是分配噪聲。這就是分配噪聲。 分配噪聲實際上也是一種散粒噪聲分配噪聲實際上也是一種散粒噪聲, 但它的功率頻譜密度是隨頻但它的功率頻譜密度是隨頻率變化的率變化的, 頻率越高頻率越高, 噪聲越大。噪聲越大。.閃爍噪聲閃爍噪聲 產生這種噪聲的機理目前還不甚明了產生這種噪聲的機理目前還不甚明了, 一般認為是由于晶體管表一般認為是由于晶體管表面清潔處理不好或有缺陷造成的面清潔處理不好或有缺陷造成的, 其特點

38、是頻譜集中在約其特點是頻譜集中在約KHz以以下的低頻范圍下的低頻范圍, 且功率頻譜密度隨頻率降低而增大。在高頻工作時且功率頻譜密度隨頻率降低而增大。在高頻工作時, 可以忽略閃爍噪聲可以忽略閃爍噪聲。 第56頁/共69頁20( )( )nu tS f df2200( )( )( )( )nooiutS f dfS f A f df00( )()oonSf dfSff2020( )()nAf dffAf2( )( )( )oiSfAf Sf（一）（一） 噪聲電路的等效噪聲頻帶寬度噪聲電路的等效噪聲頻帶寬度則：則：又因為：又因為：面積相等面積相等因為：因為：所以：所以：功率傳功率傳輸系數(shù)輸系數(shù)第57

39、頁/共69頁22220200020( )( )( )( )( )()()( )()noiiinAfutSfAf dfSf AfdfAfSf Aff( )4iSfkTR220( )4()nonutkTRAff 線性網絡的線性網絡的等效噪聲帶寬等效噪聲帶寬與與信號通頻帶信號通頻帶是不同的兩個概是不同的兩個概念，前者是從噪聲角度引出來的，后者是對信號而言的。念，前者是從噪聲角度引出來的，后者是對信號而言的。0.722nff對于單調諧回路而言：對于單調諧回路而言：第58頁/共69頁 如果放大器內部不產生噪聲如果放大器內部不產生噪聲, 當輸入信號與噪聲通過它時當輸入信號與噪聲通過它時, 二二者都得到同樣

40、的放大者都得到同樣的放大, 那么放大器的輸出信噪比與輸入信噪比相那么放大器的輸出信噪比與輸入信噪比相等。而實際放大器是由晶體管和電阻等元器件組成，熱噪聲和散等。而實際放大器是由晶體管和電阻等元器件組成，熱噪聲和散粒噪聲構成其內部噪聲粒噪聲構成其內部噪聲, 所以輸出信噪比總是小于輸入信噪比。所以輸出信噪比總是小于輸入信噪比。為了衡量放大器噪聲性能的好壞，提出了噪聲系數(shù)這一性能指標。為了衡量放大器噪聲性能的好壞，提出了噪聲系數(shù)這一性能指標。 放大器的噪聲系數(shù)放大器的噪聲系數(shù)NF(Noise Figure)定義為輸入信噪比與輸定義為輸入信噪比與輸出信噪比的比值出信噪比的比值, 即即:（二）噪聲電路的噪聲系數(shù)的定（二）噪聲電路的噪聲系數(shù)的定義義 /siniFsonoPPNPP輸入信噪功率比輸出信噪功率比第59頁/共69頁 如果用分貝數(shù)表示如果用分貝數(shù)表示, , 則寫作則寫作: :00/10lg/siniFsnPPNdBPP可以看出：可以看出：（1）NF是一個大于或等于的數(shù)。是一個大于或等于的數(shù)。（2）其值越接近于）其值越接近于, 則表示該放大器的內部噪聲性則表示該放大器的內部噪聲性能越好。能越好。（3）式中的）式中的ni是隨信號一起進入放大器的噪聲功率是隨信號一起進入放大器的噪聲功率, 其大小是隨機的其大小是隨機的, 而噪聲系數(shù)應是表征放大器